Erlangga Atidhira Hadijaya, Fuazen, Joni Rahmadi (2023) Analisa Pemanfaatan Energi Terbuang (Wasted Energy) pada Perencanaan Heater di PT Samudera Windu Cold Storage, (8) 8,
http://dx.doi.org/10.36418/syntax-literate.v6i6
E-ISSN: 2548-1398 Published by: Ridwan Institute
rSyntax  Literate:  Jurnal  Ilmiah  Indonesia  p–ISSN:  2541-0849  e- ISSN: 2548-1398 Vol. 8, No. 8, Agustus 2023

## ANALISA  PEMANFAATAN  ENERGI  TERBUANG  (WASTED  ENERGY) PADA PERENCANAAN HEATER DI PT SAMUDERA WINDU COLD STORAGE

## Erlangga Atidhira Hadijaya, Fuazen, Joni Rahmadi
Universitas Muhammadiyah Pontianak, Indonesia Email: erlangga.hadijaya@gmail.com, fuadzen60@gmail.com, j0n1.rahmadisyamher@gmail.com

## Abstrak
Salah satu tipe dari alat penukar kalor yang banyak dipakai adalah alat penukar kalor dengan tipe shell dan tube. Kelayakan pembuatan alat penukar kalor ini dilihat dari pemanfaatan  fluida  pemanas  dan  fluida  yang  dipanaskan,  seberapa  besaran  nilai ekonomis yang didapat. Dari data yang didapat, bahwa dalam proses pembuatan es batu  menggunakan  cold  storage  yang  dalam  proses  pendinginan  pada  kondensor menggunakan  air  sungai  dan  memiliki  temperature  yang  cukup  tinggi,  sehingga dapat  dimanfaatkan  untuk  sumber  pemanas.Melalui  konsep  Program  Manajemen Energi  (PME)  dibuat  alat  penukar  kalor dengan  memanfaatkan  panas  sisa  sebagai pemanas  awal  untuk  penggunaan  air  konsumsi  kebutuhan  mandi,  cuci,  dan  lain sebagainya.
Kata Kunci : Penukar Kalor; Shell Dan Tube; Program Energi Manajemen (PME).

## Abstract
One  type  of  heat  exchanger  that  is  widely  used  is  the  shell  and  tube  type  heat exchanger.  The  feasibility  of  making  this  heat  exchanger  is  seen  from  the  use  of heating fluid and heated fluid, how much economic value is obtained. From the data obtained, that in the process of making ice cubes using cold storage which is in the cooling  process  in  the  condenser  using  river  water  and  has  a  high  enough temperature, so that it can be used as a heating source. Through the concept of the Energy Management Program (PME) a heat exchanger with utilizing residual heat as a preheater for the use of water consumption for bathing, washing, and so on.
Keywords: Heat Exchanger; Shells and Tubes; Energy Management Program (PME).

## Pendahuluan
Di Negara-negara maju Program Energi Managemen (PEM), merupakan salah satu solusi dalam rangka penghematan dan pemanfaatan energi yang ada. Terdapat dua target umum dari Program Energi Managemen (PEM); Pertama, menghemat penggunaan segala jenis energi dengan cara mengurangi atau menghilangkan energi terbuang ( wasted energi ) dan  menggunakan  energi  secara effisien.  Kedua,  di  beberapa  industri  mungkin
perlu mengganti  bahan  bakar yang  biasa  digunakan  untuk  pabrik  mereka  dengan  yang lebih murah, misalnya mengganti BBM (yang mahal) dengan gas (yang murah).
Sehingga dengan demikian akan banyak keuntungan yang bisa didapat, antara lain :  (1) Memangkas  biaya energi,  (2)  Meningkatkan  keuntungan  perusahaan,  (3) Mengurangi  resiko  kekurangan  suplai  energi,  (4)  Keuntungan  lingkungan,  yaitu mengurangi  emisi  gas  karbon,  (5)  Meningkatkan  kemampuan  perusahaan  dalam berkompetisi,  karena  dengan  penghematan  biaya  yang  dicapai  perusahaan  dapat meningkatkan kualitas produk dan service, (6) dan lain-lain.
PT.  Samudera  Windu  Cold  Storage  yang  terletak  di  Kecamatan  Sei.  Raya Kabupaten Kubu Raya merupakan perusahaan yang bergerak dalam industry pengepakan makanan  (pengolahan atau  penanganan  pasca  panen  udang  sebelum  dijual  ke  pasaran) dan  pembuatan  es  balok  yang  diperuntukkan  untuk  kapal-kapal  nelayan  dan  industry pengawetan makanan.
Seperti  pada  umumnya  sistem  pendingin ( Cold  Storage )  yang  digunakan  bekerja berdasarkan  siklus  kompresi  uap  ( Vapor  Compresion  Cycle ).  Dimana  pada  sistem pendingin ini terdiri atas empat komponen utama, yaitu: Kompresor, kondensor, katup expansi dan evaporator, dimana bekerja p
ada  siklus  tertutup  dan  berlangsung  secara  terus  menerus  berdasarkan  fungsi masing-masing komponen tersebut.
Secara  sederhana  kompresor  melakukan  langkah  kompresi  terhadap  refrigerant yang digunakan dan ini bertujuan untuk menaikkan tekanan dan temperature kerja dari refrigerant dengan sistem diberi kerja dari luar, refrigerant yang sudah memiliki tekanan dan  temperature  yang  tinggi  masuk  ke  kondensor,  disini  refrigerant  akan  diturunkan temperaturnya namun tekanan dijaga tetap (konstan), biasanya berlangsung dengan cara perpindahan panas konveksi paksa (dengan media udara atau lainnya).
Refrigerant  yang  telah  mengalami  penurunan  temperature  namun  tekanan  tetap dijaga konstan masuk ke katup expansi, disini refrigerant akan diekspansikan sehingga tekanannya akan turun dan temperature juga akan ikut turun sesuai dengan kaidah sistem ideal,  dan  dari  sini  refrigerant  akan  masuk  ke  evaporator,  di  evaporatorlah  refrigeran sebagai media pendingin akan menyerap beban panas dari produk untuk seterusnya akan dibuang ke udara luar.
Dari pengamatan yang telah dilakukan, untuk sistem pendingin (Cold Storage) di PT. Samudera Windu Cold Storage. Pada proses penurunan temperature atau pelepasan panas  di  kondensor  yang  berlangsung  pada  tekanan  tetap  (konstan)  digunakan  media pendingin air sebagai media perpindahan panas konveksi paksa, dan mengingat jumlah atau  kapasitas  sistem  pendingin  yang  begitu  besar  maka  banyaknya  air  sebagai  media penndingin juga dalam jumlah yang begitu besar.
Metode Penelitian
1. Bagan Alir Penelitian
Penelitian yang dilakukan mengikuti bagan alir sebagai berikut :

## Gambar 1 Bagan alir penelitian

## 2. Variabel Penelitian
Variabel  penelitian  meliputi  data  air  yang  dikondisikan  untuk  menjadi  air  panas, yang terdiri atas; kapasitas pemakaian, temperatur dan tekanan kerja. Sementara media yang  digunakan  untuk  pemanas,  terdiri  atas  temperatur  dan  tekanan.  Dari  hasil pengukuran di lapangan didapat sebagai berikut:
1) Data:
Kapasitas pemakaian = 200 liter/menit Temperatur = 20 o C Tekanan = 1 atm 2) Data air pemanas: Temperatur = 80 o C Tekanan = 1 atm
3. Analisis Data
1. Analisis kelayakan teknik yang dilakukan meliputi:
a. Perhitungan luas daerah perpindahan panas
Dalam  menentukan  luas  daerah  perpindahan  panas  ada  beberapa  hal  yang dihitung terlebih dahulu, yaitu: panas yang diserap oleh air baku, pemilihan aliran untuk  menentukan  jenis  aliran  turbulen  atau  laminer,  koefisien  perpindahan
panas  menyeluruh,  log  mean  temperatur  defference  (LMTD),  temperatur effesiensi penukar kalor, dan perhitungan panjangtube.
b. Pemilihan  type  shell  dan  perhitungan  shell  yang  meliputi  diamater  dalam  dan luar  shell,  dengan  pertimbangan  ketebalan  bahan  shell  diasumsikan  dengan menyesuaikan dengan bahan yang terdapat di pasaran.
c. Perhitungan pemeriksaan kekuatan tube.
d. Perhitungan pemuaian yang terjadi pada tube dan shell.
e. Pemilihan dan perhitungan baffle dan tube sheet.
f. Perhitungan saluran masuk dan keluar.
g. Perhitungan media pemanas.
h. Perhitungan saluran masuk dan keluar media pemanas.
i. Perhitungan pressure drop.

## 4. Gambaran Umum Perusahaan
PT.  Samudera  Windu  Cold  Storage  yang  terdapat  di  Provinsi  Kalimantan  Barat Kabupaten  Kubu  Raya  Kecamatan  Sungai  Raya  Jalan  merupakan  salah  satu perusahaan  yang  bergerak  dalam  industri  pengawetan  makanan  (udang)  dan pembuatan es untuk konsumsi kapal-kapal nelayan.
Kedua  proses  ini  menggunakan  mesin  pendingin  atau  yang  kita  kenal  dengan istilah cold storage. Seperti kita ketahui bahwa dalam sistem cold storage dengan cara menggunakan siklus kompresi uap, maka terdapat 4 (empat) komponen utama dalam cold  storage  ini,  yaitu;  kompresor,  kondensor,  katup  ekspansi  dan  evaporator,  dan bekerja pada siklus tertutup dan berlangsung secara terus menerus berdasarkan fungsi masing-masing komponen tersebut.
Secara  sederhana  kompresor  melakukan  langkah  kompresi  terhadap  refrigerant yang digunakan dan ini bertujuan untuk menaikkan tekanan dan temperature kerja dari refrigerant  dengan  sistem  diberi  kerja  dari  luar,  refrigerant  yang  sudah  memiliki tekanan  dan  temperature  yang  tinggi  masuk  ke  kondensor,  disini  refrigerant  akan diturunkan temperaturnya namun tekanan dijaga tetap (konstan), biasanya berlangsung dengan cara perpindahan panas konveksi paksa (dengan media udara atau lainnya).
Refrigerant  yang  telah  mengalami  penurunan  temperature  namun  tekanan  tetap dijaga konstan masuk ke katup expansi, disini refrigerant akan diekspansikan sehingga tekanannya  akan  turun  dan  temperature  juga  akan  ikut  turun  sesuai  dengan  kaidah sistem  ideal,  dan  dari  sini  refrigerant  akan  masuk  ke  evaporator,  di  evaporatorlah refrigeran  sebagai  media  pendingin  akan  menyerap  beban  panas  dari  produk  untuk seterusnya akan dibuang ke udara luar.
Dari pengamatan yang telah dilakukan, untuk sistem pendingin (Cold Storage) di PT.  Samudera  Windu  Cold  Storage.  Pada  proses  penurunan  temperature  atau pelepasan  panas  di  kondensor  yang  berlangsung  pada  tekanan  tetap  (konstan) digunakan media pendingin air sebagai media perpindahan panas konveksi paksa, dan mengingat jumlah atau kapasitas sistem pendingin yang begitu besar maka banyaknya air sebagai media penndingin juga dalam jumlah yang begitu besar.

## Hasil dan Pembahasan
1. Data-Data Perencanaan
Untuk menganalisa dan merencanakan Heater di PT. Samudera Windu Cold Storage, data-data yang dibutuhkan adalah:
a) Data air baku yang akan digunakan:
Kapasitas pemakaian = 200 liter/menit Suhu      = 20 o C Tekanan = 1 atm
b) Data air pemanas:
Suhu = 80 o C Tekanan = 1 atm
c) Kondisi yang diinginkan :
Suhu = 40 o C Tekanan = 1 atm
Air  baku  yang  akan  dipanaskan  rencananya  dimanfaatkan  untuk  pemakaian keperluan  mandi,  cuci  dan  lain  sebagainya  dengan  temperature  seperti  di  atas. Pertimbangan  temperature  40 o C  diambil  karna  untuk  keperluan  mandi  temperature tersebut dianggap memenuhi syarat kenyamanan dan keamananan. Berangkat dari ha tersebut maka diperlukan sebuah alat dan direcanakan menggunakan media pemanas yaitu air panas (bekas) yang mempunyai keadaan sebagaimana di atas, dan alat yang dipilih adalah Heat Exchanger jenis Tube dan Shell.

## 2. Pemilihan Bahan Tube
Dalam  perencanaan  dan  pemilihan  bahan  tube,  pertimbangan  utama  yang digunakan adalah kemudahan tube tersebut diperoleh di pasaran dan jenis bahannya tahan korosi. Atas pertimbangan tersebut maka dalam perencanaan ini bahan tube yang dipergunakan atau dipilih adalah Copper-nickel (Manganin) dengan komposisi: (a) 84 % Cu. (b) 4,5 % Ni. (c) 12,5 % Mn.

## 3. Pemilihan Jenis Heat Exchanger
Dalam pernilihan jenis Heat Exchanger dan dengan pertimbangan dari data-data yang  didapat,  maka  penulis  mengambil  type  Heat  Exchanger  berdasarkan  standar TEMA sebagai berikut: (a) Front End type A. (b) Shell type E. (c) Real End type S.
Aliran larutan dalam tube dibuat 2 tingkat, sedangkan aliran air panas dalam shell
1 tingkat (1-2 pass).

## 4. Menentukan Dimensi Tube
Untuk  menentukan  dimensi  tube  tedebih  dahulu  ditentukan  jumlah  tube seluruhnya.  Dalam  hal  ini  jumlah  tube  ditentukan  dengan  metode  trial  and  error, diambil: (a) jumlah tube = 100 buah. (b) jumlah tie rod = 6 buah.
Jumlah tube yang dilalui larutan adalah 100 - 6 = 94 buah Jumlah tube yang dilalui larutan dalam 1 tingkat adalah
n = 94 2 = 47 buah Keterangan:
1. Saluran ujung yang tetap Stationary Head-Channel.
2. Topi ujung yang tetap; stationary head-Bonnet.
3. Saluran atau topi ujung yang tetap: stationary head flange-Channel or Bonnet.
4. Tutup saluran-channel cover.
5. Nossel ujung yang stasioneri–Stationary Nozzle Head.
6. Pelat tube stasioneri - Stationary tube sheet
7. Tube
8. Shell atau bejana
9. Tutup shell-shell cover
10. Flens shell pada ujung yang stasioner, sell flange stasionery head end
11. Flens shell ujung yang di belakang, shell flenge-Read Head End 12. Nossel shell
13. Flens penutup shell-shell cover flenge
14. Sambungan ekspansi–Expantion joint
15. Pelat tube yang mengambang-Floating Head Cover
16. Tutup kepala yang mengambang-Floating Head Cover
17. Flens kepala yang mengambang-Floating Head Flange 18. Penahan kepala yang mengambang, -Floating Head Backing Device 19. Cincin pernisah–Spilit Shear ring 20. Flens penahan dengan slip-on-Slip-on Backing Service 21. Tutup kepala yang mengambang yang menyusur, Floating head Cover 22. Pelat tube yang mengambang yang menyusur, Floating tube sheet Skirt 23. Flans packing-Packing Follower Ring
24. Packing
25. Cincin penekan packing-Packing, Follower Ring
26. Cincin latern-Latern Ring
27. Batang pengikat dan spasi-Tie rodsa and spacer
28. Pelat penahan atau sekat transverse–Transverse Baffles or Support Plate 29. Sekat yang disentuh langsung-Impingement Baffles 30. Sekat yang longitudinal (paralel dengan tubes)-Longitudinal Baffles
31. Pemisah aliran pass-Pass Partition
32. Sambungan untuk venting
33. Sambungan untuk buangan (drain)
34. Sambungan untuk instrument
35. Penahan bejana ke pondasi atau sadel–Support Saddle
36. Tahanan untuk mengangkat-Lifting Lug
37. Penahan Gantungan (bracket)
38. Weir
39. Saluran untuk cairan-Liquid level Connection
Banyaknya aliran dalam satu tube:
w =   q x 𝜌/n Dimana:
q = 200 liter/menit
= 200 x 0,03532 ft 3 /menit = 7,064 ft 3 /menit = 0,11773 ft 3 /sec = 423,84 ft 3 /hr
Kondisi fhisis untuk air baku yang akan dipanaskan:
a. Temperatur
• Temperatur masuk, t 1 = 20 o C (68 o F) • Temperatur keluar, t 2 = 40 o C (104 o F) • Temperatur tengah, t z = 35 o C (95 o F) b. Tekanan
• Tekanan masuk, P 1 = 1 atm
• Tekanan keluar, P 2 = 1 atm Sehingga pada temperature 35 o C (95 o F) air baku dari referensi Principles of Heat Transfer hal. 636 didapat harga-harga:
𝜌 = 62,545 lb/ ft 3
Cp = 0,9980 BTU/Ib o F K   = 0,363 BTU/hr ft o F Pr   = 4,34 Μ   = 1,60 Ib/hr ft
= 0,00044 lb/sce.ft Jadi:
w = (q x p) / n
= (7,064 x 62,545) / 47 = 9,4 lb/menit = 0,16 lb/sec
Berdasarkan  ref  12  hal.  29  Tabel  "STEAM  LESS  BOILER  TUBES"  di  dapat ukuran-ukuran tube:
Size = 3/4" do  = 26,9 mm = 1,059 Inc = 0,08825 ft di  = 22,3 mm = 0,87795 Inc = 0,0732 ft BWG = 13 Wall Thickness; xw = 2,3 mm = 0,09 Inc = 7,5. 10 -3 ft Inside Cross Sectional; Ai = π/4. di 2 = 0,61 Inc 2 = 0,0042 ft 2

## 5. Menghitung Luas Daerah Perpindahan Panas
Luas daerah perpindahan panas dapat ditentukan dengan: Q = U. A. LMTD……………………………………… (4.1) Dimana:
Q  = Panas yang diserap oleh air baku U  = Koefisien perpindahan panas menyeluruh A  = luas daerah perpindahan panas LMTD = beda suhu rata-rata

## Kesimpulan
Dari hasil penelitian mengenai perencanaan heater di PT.  Samudera Windu Cold Storage yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa:
Heater yang dipilih untuk memanaskan air baku (Type berdasarkan TEMA) adalah: (a) Front End type A. (b) Shell type E. (c) Real End type S.
Aliran larutan dalam tube dibuat 2 tingkat, sedangkan aliran air panas dalam shell 1 tingkat (1-2 pass).
Dimensi heater didapat: (a) Diameter luar shell sebesar 16 Inc. (b) Diameter dalam shell sebesar 15,22 Inc. (c) Panjang tube sebesar 180 Inc. (d) Jumlah tube 94 buah.
Dengan  bahan  tube  yang  dipilih  adalah Copper-nickel ( Manganin )  dengan komposisi: 84 % Cu; 4,5 % Ni dan 12,5 % Mn.
Size tube 3/4 Inc dengan ukuran:
d o = 26 mm = 1,059 Inc = 0,08825 ft d i = 22,3 mm = 0,87795 Inc = 0,0732 ft
BWG = 13
a. Jumlah tie rod 6 buah. (1) Pemuaian pada tube yang terjadi sebesar 0,16 Inc. (2) Pemuaian pada shell yang terjadi sebesar 0,12. (3) Perbedaan panjang antara tube dengan shell setelah pemuaian adalah 0,05 Inc. (4) Baffle yang digunakan dengan jenis 25 % dari diameter shell. (5) Jarak antara baffle adalah 6 Inc. (6) Jumlah baffle diambil sebanyak 29 buah. (7) Tebal baffle diambil sebesar 1/4 Inc. (8) Diameter saluran masuk dan keluar air baku adalah 6 Inc. (9) Diameter saluran masuk dan keluar  media  pemanas  adalah  6  Inc.  (10)  Banyaknya  media  pemanas  yang
dibutuhkan untuk memanaskan air baku sebanyak 200 liter/menit dari temperature 68 o F menjadi 104 o F adalah 138,15 liter/menit dengan temperatur 176 °F.

## BIBLIOGRAFI
[1] C.o. Bennet and J.E. Myer, " Momentum, Heat And Mass Transfer ", McGraw Hill Inc, 1982.
[2] Clark  l  and  R.L.  Davidson  " Manual  For  Process  Engineering  Calculation " Second Edition Me. Graw Hill Book Company, New York 1962.
[3] Frank  Kreith  And  ArkoPrijono,  M.Sc,  " Prinsip-PrinsipPerpindahanPanas " EdisiKetiga.
[4] Frank  Kreith  And  Bohn,  Harper  And  Row,  " Principles  Of  Transfer " PubliserInc ,1986.
[5] Ir.  TunggulM.  Sitompul,  SE,  M.Sc,  " Alat  PenukarKalor "  PT.  Raja GrafindoPersada, 1991.
[6] JP. Holman, “ PerpindahanKalor " Erlangga, 1991.
[7] Ir. DjatmikoIchsani, M.Eng " Diktat PerpindahanPanas I "
[8] Ir. DjatmikoIchsani,  M.Eng " Diktat PerpindahanPanasII "
[9] J.M.  Coulson  and  J.F.  Richardson  with  J.R.  Bachurst  and  J.H.  Harker,
" Chemical Engineering " Volume I Fourth Edition, Pergamon Press.
[10]  Mahon,  Harold,  Miklos  and  Hans  Linear.  Efficient  Energy  Management, Prentice-Hall Inc. New Jersey, 1983
[11]  Moss, K.J Energy Management and Operating Cost in Building, E&FN Spon, London, 1997
[12]  O’Callagham  Paul.  Energy  Manajement.  McGraw-Hill  Book  Company Europe, 1993
[13]  Peters  Max  S,  Timmerhaus,  KlausD,  " Plant  Design  Nad  Economics  For Chemical  Engineers "  Second  Edition  McGraw  Hill  Kogakusha,  Ltd  Tokyo, 1968.
[14]  Robert  H.  Perry  danCecilH.  Chilton  " ChemicalEngineersHandbook " FifthEditionMC. Graw Hill Kogakusha, Ltd.
[15]  Robert  M.  Drake,  JRdanE.R.G.  Eckert,  " MechanicalEngineering  (Heat  and Mass Transfer )" MC. GrawHill BookCompanyInc 1959.
[16]  Robert H. Perry, Don W. Green danJamesO. Malony " Chemical Engineers" Hand Book, SixthEdition " MC. GrawHill BookCompany.
[17]  Tucula, Adrian. Energy Efficient Design for Commersial Buildings, McGraw- Hill Book Company, 1995
[18]  Schiler,  Marc.  Simplified  design  of  building  lighting.  John  Wiley  and  Sons Inc, 1992
[19]  Stoecker,W.F  and  Jones  J.W.  Refrinerasi  dan  Pengkondisian  Udara,  Jakarta Erlangga, 1994
[20]  William H. Mc. Adams, " Heat Transmision " MC.Graw Hill
IncBookCompany.

## Copyright holder:
Erlangga Atidhira Hadijaya, Fuazen, Joni Rahmadi (2023)

## First publication right:
Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia
This article is licensed under: